pubblicato il 28 aprile 2017

Come si esprime la concentrazione delle soluzioni nutritive in fertirrigazione

Le unità di misura degli elementi nutritivi, utilizzati per la preparazione delle Soluzioni Nutritive in Fertirrigazione

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In chimica una soluzione è il prodotto dello scioglimento di una sostanza solida, liquida o gassosa, detta soluto, in un opportuno liquido ad esso affine per polarità, detto solvente.
   La concentrazione di una una soluzione chimica esprime il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente che la compongono.
   La concentrazione dei sali presenti in una soluzione nutritiva può essere espressa in varie forme:

1) Milligrammi per litro (mg/lt): il peso dei sali in mg contenuti in 1 lt di soluzione. Se 1 mg di sale è disciolto in 1 lt di acqua si dice che la soluzione contiene 1 mg di sale per lt (abbreviato a 1 mg/lt).

2) Moli (mol): la mole è l'unità di misura (fondamentale) della quantità di materia, che corrisponde ad un numero ben definito di atomi (o molecole o particelle) che compongono tale materia.  Una mole di atomi, corrisponde a 6,023 x 1023 (numero di Avogadro) atomi (o molecole o particelle) e il suo peso (massa), espresso in grammi, corrisponde numericamente al peso atomico dell'atomo (o della molecola, ecc.), espresso anche in dalton*.*[Il chimico John Dalton fu il primo a suggerire di utilizzare la massa di un atomo di idrogeno come riferimento nel confronto delle masse di atomi e composti chimici. Esprime la massa di un atomo di idrogeno ed è uguale a 1,66.10-24 g. Questa unità di massa atomica (u.m.a.) porta il nome di John Dalton]. Tale valore consente che il peso relativo di un elemento sia uguale numericamente al suo peso atomico. Quindi il peso di una mole di sostanza viene detto peso molare e si misura in g/mol, mentre il peso atomico o peso molecolare assoluto si misura in dalton.

   Per es.: l'acido nitrico (HNO3); essendo il peso atomico dell'H, dell'N e dell'O, rispettivamente, 1, 14 e 16 dalton, il peso molecolare relativo, e quello molare dell'acido nitrico è pari a: 1 + 14 + (16 x 3) = 63 g/mol. Un litro di soluzione con 63 g di HNO3 contiene una mole di questo acido per litro (1 mol/L).
   Poiché una mole è equivalente a 1.000 millimoli (mmol), la soluzione uno molare contiene 1.000 mmol, quella 0,5 moli 500 mmol, ecc.

   La molarità, simbolo M, è definita come il rapporto tra le moli di soluto presenti (n) e il volume della soluzione (V), cioè, in formula: M=n/V.  L'unità di misura è pertanto mol/lt . Una soluzione 1 M di soluto è definita perciò come una soluzione contenente esattamente 1 mol di soluto per litro di soluzione.

   La molalità, simbolo m, è un'unità di misura della concentrazione di una specie chimica in una soluzione. È definita come il rapporto tra le moli di soluto presenti e la massa in kg di solvente, quindi possiamo scrivere: m=n moli soluto/kg di solvente. La molalità si esprime quindi in mol/kg

3) La percentuale % è uno dei diversi modi con i quali si può esprimere la concentrazione di una soluzione.  Il numero che esprime la percentuale in peso risulta dal rapporto tra il peso del soluto ed il peso della soluzione. Corrisponde anche ai grammi di soluto contenuti in 100 g di soluzione.

4) Parti per milione (ppm): 1 mg è la milionesima parte di 1 kg; poiché 1 L di acqua pura pesa 1 kg, 1 mg/L equivale a 1 mg/kg o 1 ppm.

5) Equivalente e normalità: Si può affermare che un equivalente di una specie chimica reagisce sempre con un equivalente di un'altra specie chimica, dando un equivalente di prodotto. La normalità è il numero di equivalenti della sostanza considerata per litro di soluzione.
Così, ad esempio, la reazione: HCl + NaOH = NaCl + H2O ci dice che per neutralizzare 1 mole di NaOH occorre 1 mole di HCl, ossia una mole di HCl "equivale" a 1 mole di NaOH. Invece nella reazione: H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O sono necessarie 2 moli di NaOH per neutralizzare 1 mole di H2SO4.
E' essenziale tener presente che in ogni reazione le specie chimiche reagiscono fra loro secondo un uguale numero di equivalenti.
Per es.: per il cloruro di potassio (KCl) l'equivalente corrisponde alla mole, per il cloruro di calcio (CaCl2), che è composto da un elemento bivalente (il calcio) e da due elementi monovalenti (2 Cl), l'equivalente corrisponde alla mole diviso 2.
Così 1 eq di Ca ha una massa di 40/2 = 20 g e 1 eq di N ha una massa di 14/1 = 14 g. In sintesi un equivalente di una sostanza e uguale al peso molare diviso la valenza.
E' anche possibile esprimere la concentrazione di una soluzione in frazioni di equivalente, per esempio milliequivalenti per unità di volume (meq/L).

Il principale vantaggio di esprimere la concentrazione ionica in meq/L è che facilita il calcolo delle soluzioni nutritive rispettando implicitamente la neutralità elettrica.
1 meq di NH4+ = 1 mmol di NH4+ = 14 mg di N = 18 mg di NH4+
1 meq di NO3- = 1 mmol di NO3- = 14 mg di N = 62 mg di NO3-
1 meq di H2PO4- = 1 mmol di H2PO4- = 31 mg di P = 71 mg di P2O5
1 meq di HPO42- = 1/2 mmol di HPO42- = 15,5 mg di P 35,5 mg di P2O5
1 meq di Ca2+ = 1/2 mmol di Ca2+ = 20 mg di Ca = 28 mg di CaO

   La maggior parte dei sali e degli acidi inorganici utilizzati come fertilizzanti per apportare i macronutrienti necessari per preparare le soluzioni nutritive, quando disciolti in acqua, si dissociano in due ioni differenti, un catione e un anione. Per definizione, gli elettroliti disciolti in acqua producono anioni e cationi in rapporto 1:1 in termini di equivalenti.

   Le quantità di azoto, fosforo e potassio disponibile sono indicate sulle confezioni dei fertilizzanti come percentuale % di azoto (N), anidride fosforica (P2O5) e ossido di potassio (K2O). Da sempre sono espresse in questo modo e non come N, P e K. Per esempio, il nitrato di potassio è presentato come 13-0-46, cioè 13 % di N, 0% di P2O5 e 46 % di K2O.
Invece, le quantità di nutrienti per il calcolo della soluzione nutritiva in fertirrigazione sono espresse nel seguente modo:
a) l'azoto in termini di azoto elementare (N), come azoto nitrico (NO3- ) o come azoto ammoniacale (NH4+);
b) il fosforo può essere espresso come fosforo elementare (P), non come P2O5;
c) il potassio come K+, non come K2O.

Pertanto è necessario convertire  P2O5 in P, e K2O in K, o viceversa per ciascun caso. (vedere tab: 1)

Tabella 1: I titoli dei fertilizzanti non sono espressi come elementi semplici, ma in genere ci si riferisce ai loro ossidi, pertanto occorre convertire la composizione in elemento semplice e viceversa.

P2O5 x 0,436 = P  P x 2,292 = P2O5 
K2O x 0,830 = K  K x 1,205 = K2
CaO x 0,715 = Ca  Ca x 1,399 = CaO 
MgO x 0,603 = Mg  Mg x 1,658 = MgO 
SO3 x 0,400 = S  S x 2,497 = SO3